機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械零件的材料結(jié)構(gòu)和承載能力教學(xué)教育

1、一、 零件的常用材料及選用二、 零件的結(jié)構(gòu)工藝性三、 機(jī)械零件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化 四、零件的強(qiáng)度02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力1稻谷書屋02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力 一、零件的常用材料及選用 材料是制作機(jī)械零件的原料，零件有強(qiáng)度和使用壽命的要求，不同的零件需要選用不同的材料。如汽車輪胎需要具有一定的彈性和耐磨性，選用橡膠作為原料；汽車大梁需要承受較大的載荷和沖擊，選用具有一定強(qiáng)度和韌性的低碳合金鋼。機(jī)床的主軸不僅要有強(qiáng)度，還要有抗彎曲變形的剛度要求，選擇45或40cr鋼材，并作成中空形狀；機(jī)床的床身要求不變形且耐磨損，選用不變形的鑄鐵材料，導(dǎo)軌表面作淬火處理。常用材料材料選

2、用原則2稻谷書屋一、一、 常用材料常用材料 1鋼 2鑄鐵 3. 銅合金 4. 鑄鐵錫基和鉛基軸承合金 5. 工程塑料 6. 橡膠02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力3稻谷書屋 1、鋼 常用作機(jī)械零件的材料，它是鐵和碳的合金。常用結(jié)構(gòu)碳素鋼和合金鋼。鋼中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多少，影響到鋼的韌性和硬度，含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低，韌性越好，但硬度低；反之，含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，硬度越大，但韌性越差。所以，常用中碳鋼作為零件的材料，具有一定的韌性和硬度，也方便進(jìn)行熱處理。02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力4稻谷書屋（含碳量大于0.02%,小于2.11%的鐵、碳合金）1.1.鋼鋼碳素鋼低碳鋼0.02%c0.25% 用于

3、鉚釘、螺釘、連桿等 合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼 如：不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼 滾動(dòng)軸承鋼彈簧鋼中碳鋼0.25% c0.6% 用于齒輪、軸、連接件等高碳鋼0.6%c 2.11%用于彈簧、工具、模具等 鋼02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力鑄鋼 用于機(jī)座、箱殼、大齒輪等5稻谷書屋2.2.鑄鐵鑄鐵（含碳量大于2.11%的鐵、碳合金） 灰鑄鐵 如ht100、ht300,良好的鑄造性、切削加工性、 耐磨性，消振性，但抗拉強(qiáng)度低。02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力鑄鑄鐵鐵球墨鑄鐵 如qt400-18、qt500-7,強(qiáng)度和塑性比灰鑄鐵有 很大的提高，具有良好的耐磨性，但鑄造性較差?？?/p>

4、鍛鑄鐵 如kth300-06 ,強(qiáng)度、塑性、韌性、耐磨性均 較高，能承受沖擊振動(dòng) , 但生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本較高。鑄造大尺寸零件較困難。6稻谷書屋3.銅合金銅合金 銅合金的減磨性和耐腐蝕性能較好。 黃銅：銅與鋅的合金，含少量錳、鋁等元素，如 zcuzn38等。 青銅：青銅以主加元素的不同又可分為錫青銅和鋁青銅等，如cual10fe3、zcusn5pbzn5。青銅比黃銅有更高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐腐蝕性。02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力7稻谷書屋鑄造錫基和鉛基合金主要含有錫、鉛、銻等成分，其優(yōu)點(diǎn)是減磨性、抗燒傷性、磨合性、耐蝕性、韌性和導(dǎo)熱性良好，主要用于制作滑動(dòng)軸承的減磨層。02 機(jī)械零件的

5、材料、結(jié)構(gòu)和承載能力4、鑄造錫基和鉛基合金8稻谷書屋 5工程塑料熱塑性塑料。如：聚乙烯、有機(jī)玻璃、尼龍等。02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力熱固性塑料。如：酚醛塑料、氨基塑料等。工程塑料9稻谷書屋橡膠有普通橡膠和特種橡膠，用于制作密封件、減振件、傳動(dòng)件、輸送帶、輪胎、膠輥等。02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力 6.橡膠10稻谷書屋02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力2、材料的選用 材料的品種很多，各有特點(diǎn)，應(yīng)做到物盡其用，用其所長(zhǎng)。當(dāng)然要考慮零件工作中的使用要求、工藝要求和經(jīng)濟(jì)性。 所謂經(jīng)濟(jì)性，首先表現(xiàn)在材料的相對(duì)價(jià)格，還與生產(chǎn)批量、供應(yīng)條件等條件有關(guān)。11稻谷書屋 工藝要求包括鑄造性能、

6、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能、熱處理性能等。如：結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體類零件，宜采用鑄造毛坯；重要的軸類和盤類零件，宜采用鍛造毛坯等。02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力12稻谷書屋 使用要求包括零件的工作和受載情況，零件的尺寸和質(zhì)量的限制，零件的重要程度等。工作情況指零件所處的環(huán)境，如介質(zhì)、溫度及摩擦性質(zhì)。受載情況指的載荷大小和應(yīng)力種類。02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力13稻谷書屋 機(jī)械零件應(yīng)該加工方便、節(jié)省工時(shí)、提高效率、降低成本、保證質(zhì)量、滿足結(jié)構(gòu)工藝要求。影響機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性的因素很多，涉及材料選擇、毛坯準(zhǔn)備、機(jī)械加工、裝配維修等各方面。如鑄造材料要求其最小厚度要大于8mm，否則會(huì)

7、因?yàn)殍T不滿而產(chǎn)生廢品；留出足夠的加工余量。鍛件的內(nèi)孔太小時(shí)，不能沖孔成形；軸上的螺紋要留退刀槽；磨削表面提前做出中心孔等。這些都是滿足加工工藝要求所必須做好的準(zhǔn)備。02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力二、零件加工的工藝性14稻谷書屋02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力三、零件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化 國(guó)家對(duì)機(jī)械零件做出了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，有利于簡(jiǎn)化零部件的品種和規(guī)格，便于組織大規(guī)模的生產(chǎn)，降低成本。 如需要一個(gè)螺釘、螺母，可以在市場(chǎng)上很方便地買到。它是由標(biāo)準(zhǔn)件廠統(tǒng)一生產(chǎn)的，價(jià)格低，通用性好，方便使用，但螺釘有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，如m6、m8、 m10、 m12、m16毫米，沒有7、9、11、13,等規(guī)格

8、的螺釘。滾動(dòng)軸承也是一樣，其標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)經(jīng)僅有10、12、15、17、20、25、30、35不可能有其他數(shù)值。15稻谷書屋02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力 機(jī)械零件的標(biāo)準(zhǔn)化，是指產(chǎn)品的形式、材料、尺寸、參數(shù)、性能等用“標(biāo)準(zhǔn)”予以統(tǒng)一規(guī)定并實(shí)施；系列化是指對(duì)同一種零部件，在相同的基本結(jié)構(gòu)和基本尺寸條件下，規(guī)定若干個(gè)輔助尺寸不同的規(guī)格；通用化是指在不同的同類產(chǎn)品甚至不同的類型的產(chǎn)品上采用同樣的零部件。 16稻谷書屋零件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化的意義，主要表現(xiàn)在以下幾方面：(1)、便于組織大批量生產(chǎn)，并能提高質(zhì)量、降低成本。(2)、有利于減少制造和設(shè)計(jì)工作量，縮短生產(chǎn)周期。(3)、增大零部件的互換性，

9、方便機(jī)器維修。(4)、有利于增加產(chǎn)品品種，擴(kuò)大生產(chǎn)批量，滿足各種需求。02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力17稻谷書屋 失效是指機(jī)械零件喪失工作能力或不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)。如彩色電視機(jī)的顯像管，由于老化而出現(xiàn)的圖象模糊不清，達(dá)不到設(shè)計(jì)時(shí)的要求，稱之為失效。 零件不發(fā)生失效時(shí)的安全工作限度稱為工作能力。對(duì)荷載而言的工作能力稱為承載能力。02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力四、 零件的強(qiáng)度18稻谷書屋02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力 1、載荷指機(jī)械零件受到的外力或外力矩或者是力和力矩組成的聯(lián)合載荷。載荷大小和方向不隨時(shí)間變化或者變化緩慢的，稱為靜載荷。載荷大小和方向隨時(shí)間變化而變化的稱為動(dòng)載荷。

10、19稻谷書屋根據(jù)動(dòng)力機(jī)的額定功率p(kw)和額定轉(zhuǎn)速n(r/min)計(jì)算出的稱為名義載荷。02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力名義轉(zhuǎn)矩為：式中 t-轉(zhuǎn)矩，nmm； i-從動(dòng)力到所計(jì)算零件之間的總傳動(dòng)比； -從動(dòng)力到所計(jì)算零件之間傳動(dòng)的總效率。載荷系數(shù)k與名義載荷的乘積稱為計(jì)算載荷，以tc，fc等表示。式中 k-載荷系數(shù)，一般取k1。20稻谷書屋 2、應(yīng)力 應(yīng)力是機(jī)械受到外載荷作用后，單位截面上所受到的內(nèi)力。載荷指零件外部的作用力；應(yīng)力指受到外部作用后，零件內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)力。應(yīng)力的大小與外部載荷的變化、大小有關(guān)。 02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力式中 -應(yīng)力，國(guó)際單位n/m2f-機(jī)械所受的內(nèi)力

11、，單位n。a-機(jī)械零件受力的截面積，單位mm221稻谷書屋靜應(yīng)力指大小和方向不隨時(shí)間變化或變化緩慢的應(yīng)力。靜載荷產(chǎn)生靜應(yīng)力。變應(yīng)力是指大小和方向隨時(shí)間變化的應(yīng)力。動(dòng)載荷產(chǎn)生變應(yīng)力。具有周期性變化的應(yīng)力稱為循環(huán)應(yīng)力。按應(yīng)力變化特點(diǎn)分成脈沖循環(huán)應(yīng)力、對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力和非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力三種，其中對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力對(duì)零件的壽命影響最大。02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力22稻谷書屋02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力23稻谷書屋02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力 4、安全系數(shù)和許用應(yīng)力 每一種材料經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后，都可以找到最大極限應(yīng)力值。如果直接以極限應(yīng)力作為計(jì)算材料的強(qiáng)度，當(dāng)達(dá)到極限應(yīng)力值時(shí)，零件就會(huì)出現(xiàn)破壞。

12、此外，實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試是靜態(tài)的外載荷作用，與零件實(shí)際工作環(huán)境存在差別，為防止出現(xiàn)意外事故，取一個(gè)比1大的值作為安全系數(shù)。如取安全系數(shù)2，假設(shè)其極限應(yīng)力為200mpa，被2除后，得到100mpa，稱100mpa為許用的應(yīng)力，即當(dāng)應(yīng)力達(dá)到100 mpa時(shí)為最大的極限，超過(guò)100 mpa認(rèn)為零件超載，會(huì)出現(xiàn)破壞。24稻谷書屋02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力實(shí)際應(yīng)用中，有安全系數(shù)的作用，并不一定立即出現(xiàn)問(wèn)題。所以許用應(yīng)力為極限應(yīng)力與安全系數(shù)的比值。安全系數(shù)越大，零件越安全，但零件尺寸斷面越大，造價(jià)越高。 對(duì)于運(yùn)輸機(jī)械，如摩托車、汽車、飛機(jī)，如果安全系數(shù)過(guò)大，自身重量過(guò)大，消耗的燃料過(guò)多，所以應(yīng)當(dāng)取較小

13、的安全系數(shù) 。25稻谷書屋02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力 3、零件的強(qiáng)度 強(qiáng)度是反映機(jī)械零件承受載荷時(shí)抵抗破壞的能力的重要指標(biāo)。根據(jù)工作條件的不同，機(jī)械零件的強(qiáng)度可分為靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。根據(jù)破壞部位和破壞形式的不同，機(jī)械零件的強(qiáng)度分為表面強(qiáng)度和體積強(qiáng)度，一般強(qiáng)度是指體積強(qiáng)度。 26稻谷書屋 （1 ）機(jī)械零件的體積強(qiáng)度在載荷作用下，如果應(yīng)力是在較大的 體積內(nèi)產(chǎn)生的，在這種應(yīng)力狀態(tài)下的零件強(qiáng)度稱為體積強(qiáng)度。一般分為靜應(yīng)力下零件的強(qiáng)度和變應(yīng)力下零件的強(qiáng)度。02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力27稻谷書屋 靜應(yīng)力使零件產(chǎn)生塑性變形或斷裂。如自行車前后軸固定不動(dòng)，受到人的不變載荷靜止作用，前軸太細(xì)可能產(chǎn)生彎曲塑性變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)斷裂。 變應(yīng)力使零件產(chǎn)生疲勞斷裂。如火車車輪與軸組成一體，軸的受載荷是不變，但軸隨車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)不斷變化位置，它受到對(duì)稱循環(huán)變化的變應(yīng)力作用，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次轉(zhuǎn)動(dòng)后，可能出疲勞斷裂。02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力28稻谷書屋 （2）機(jī)械零件的表面強(qiáng)度 在載荷的作用下，如果應(yīng)力是在零件的較淺的表層產(chǎn)生的，在這種應(yīng)力狀態(tài)下的零件強(qiáng)度稱為表面強(qiáng)度。02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力表面強(qiáng)度表面磨損強(qiáng)度表面擠壓強(qiáng)度表面接觸強(qiáng)度29稻谷書屋02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力 (1) 表面接觸強(qiáng)度 點(diǎn)、線接觸的高副連接表面產(chǎn)